An experimental gasodynamic study of a model of furnace for ferroalloy production

Estudio gasodinámico experimental de un modelo de horno para la producción de ferroaleaciones

Se ha realizado un estudio gasodinámico de un modelo de espacio de campana basado en mediciones de las distribuciones de velocidad y concentración de los gases. Los experimentos han demostrado que los valores absolutos de las velocidades de los gases en la campana y en el canal de salida, así como sus perfiles, no dependen del valor de la presión negativa en el canal. La ubicación de las salidas de las toberas del techo no afecta significativamente a los parámetros gasodinámicos del espacio de la campana. Además, se ha observado una distribución uniforme del aire, suministrado a través de las toberas del techo, en todo el espacio de la campana, lo que crea las condiciones para la postcombustión de los productos gaseosos de reacción en este espacio.

INTRODUCCIÓN

La fundición de ferrosilicio es uno de los procesos electrotérmicos que más energía consume. En los hornos de arco sumergido utilizados en nuestro país (hornos destinados a la producción de aleaciones de alto contenido en silicio y silicio metal, en particular), se pierden cantidades significativas de energía (aproximadamente el 50% de la energía suministrada al proceso, es decir, la energía eléctrica y la energía química de los reductores de carbono) cuando los gases abandonan el espacio de trabajo del horno [1].

Las fugas de estos hornos hacen que se aspire aire atmosférico en cantidades que superan notablemente la demanda estequiométrica para la combustión completa de los gases residuales que se generan durante el proceso tecnológico (principalmente CO y SiO) en el espacio de trabajo del horno. Como resultado, la temperatura de los gases en los colectores de escape es baja (alrededor de 350°C), lo que dificulta la recuperación efectiva de su energía residual. El balance energético del horno industrial ha demostrado que el sellado de las fugas del horno y el suministro de aire de forma controlada al espacio de la campana, donde se crean las condiciones para la combustión completa de los componentes quemables con la cantidad óptima de aire excesivo, garantizarán temperaturas más elevadas de los gases de escape: incluso alrededor de 850°C [1-5]. Tales gases de escape a alta temperatura pueden utilizarse para calentar aire comprimido en recuperadores hasta por encima de 700°C y, de este modo, puede obtenerse un medio de funcionamiento a alta temperatura para la producción de energía eléctrica en un sistema combinado con una turbina de gas [2].

El objetivo de este estudio experimental era la búsqueda de métodos óptimos de suministro de aire al horno para garantizar las mejores condiciones para la combustión de gases post-reactivos en el espacio de la campana. En el estudio experimental sobre los efectos de las características de diseño, se consideraron los parámetros más importantes relativos a la gasodinámica en el espacio de la campana: corriente de gas suministrada a través de ventanas tecnológicas, distribución de la velocidad del gas en las salidas de las boquillas del techo, distribución de la presión en la campana, eficacia de la mezcla de gases en el espacio de la campana. Para verificar la exactitud de los cálculos realizados, se ha examinado hasta qué punto los resultados del estudio sobre un modelo físico isotérmico pueden reproducirse mediante su correspondiente modelo simulado a través de modelización matemática.